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Nanopartikeltransport


Kurzfassung

Die vorliegende geschützte Technologie beschreibt eine Methode zum Transport magnetischer Mikro- und Nanopartikel auf Oberflächen zum Biomolekül- oder Flüssigkeits­transport/ -separation, und zur Anwendung als Mikromischer.


Hintergrund

Es existieren bisher verschiedene Techniken um mikroskopische Partikel zu sortieren, zu positionieren und zu transportieren. Partikel können in hochintensiven optischen Feldern eingeschlossen und dadurch transportiert werden, in dem diese Felder lateral über ein gewisses Gebiet geführt werden. Andere bekannte Methoden verwenden für diese Zwecke elektrische Felder. Während solche Methoden generell dafür genutzt werden die Partikel über relativ kleine Entfernungen zu transportieren, können Partikel durch holographisch erzeugte Felder über weitere Entfernungen transportiert werden. Diese Methoden besitzen jedoch alle den Nachteil entweder nur über kleine Entfernungen oder für eine kleine Partikelzahl zu funktionieren. Ein kontrollierter Nanopartikeltransport z.B. für Anwendungen in der Biotechnologie in Kombination mit Fluoreszenznachweis oder magnetoresistiven Sensoren wäre sehr vielversprechend.


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Lösung

Die neuartige Technologie beschreibt ein Verfahren zum Transport von superparama­gnetischen Partikeln, welches berührungslos die gezielte und geordnete Bewegung der Partikel aufgrund eines äußeren Magnetfel­des und eines magnetisch strukturierten Substrats auf oder in der Nähe der Oberfläche des Substrats erlaubt. Hierzu wird ein magnetisch strukturiertes Substrat verwendet, das z.B. regelmäßige Streifen­domänen in μm- und sub-μm- Breite aufweist. Partikel werden dort in den inhomogenen Magnetfeldern der Domänen­wände gefangen. Durch Bewegung der Domänenwand werden die superparamagnetischen Partikel mitbewegt. Die Partikel stoßen sich dabei gegenseitig ab und bilden keine Cluster, eine wesentliche Voraussetzung zum Transport vieler einzelner Partikel. Die Partikelbewegung kann für einen Mikromischer eingesetzt werden, der kleinste Volumina Flüssigkeit effizient mischt oder für Biosensoren, in denen die Partikel als Biomolekülcarrier eingesetzt werden. Das innovative Transportkonzept dient dem einfachen Transport von (Bio)-molekülen zu definierten Orten z.B. innerhalb und außerhalb lebender Zellen in der Medizinforschung/ Pharmazie. Durch Magnetophorese können z.B. rote von weißen Blutkörperchen getrennt werden. Eine anderes Einsatzgebiet ist in der modernen Lab-on-a-Chip Anwendungen zum Biomolekültransport zu Sensorelementen in Kombination mit oberflächensensitiven Sensoren oder zum Sortieren von Partikeln nach Größe oder anderen physikalischen Eigenschaften.


Vorteile

  • Vermeidung von stromdurchflossenen Leiterbahnen, daher Vermeidung von Elektro­migration oder Erwärmung der Probe.
  • Der Transport kann bei vergleichsweise niedrigen Magnetfeldstärken mit sehr hohen Transportgeschwindigkeiten durchgeführt werden.
  • Die magnetischen Partikel werden in Reihen und schrittweise transportiert, so dass ihr magnetisches Moment zu jeder Zeit parallel ausgerichtet ist. Damit stoßen sie sich gegenseitig magnetisch ab und die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Partikel zusammen­kleben wird extrem reduziert.
  • Die Partikel werden immer in der Nähe der Oberfläche gehalten, womit Diffusions­problematiken, wie sie bei üblichen Biosensoren auftreten, durch dieses Transportkonzept vermieden werden.
  • Es liegt immer ein definierter Abstand zwischen Partikelreihen vor, so dass bei Sensoren, die als Linien ausgelegt sind, ein hohes Signal zu erwarten ist.

Anwendungsbereiche

Biotechnologie,

Pharmaproduktion

● Magnetophorese

● Cargotransport

● Mikrofluidik

● Miniaturmischer

● Sieb für Mikro- & Nanopartikel


GINo Gesellschaft für Innovation Nordhessen mbH

Ute Emde
0561/804-1985
emde@gino-innovativ.de
www.gino-innovativ.de
Adresse
Universitätsplatz 12
34127 Kassel



Entwicklungsstand

Prototyp


Patentsituation

  • EP EP 2 755 806 erteilt
  • US 9,676,119 erteilt

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsführerin)

c/o TransMIT GmbH
Kerkrader Straße 3
D-35394 Gießen